41. Формирование физико-механических свойств поверхностного слоя

(http://studopedia.ru/view_aviadvigatelestroenie.php?id=3)

Формирование физико-механических свойств материала в поверхностном слое при механической обработке происходит под действием силового и теплового факторов.

На параметры поверхностного слоя влияют:

• Методы и режимы обработки.

• Вид, геометрия и состояние режущего инструмента.

• Способ охлаждения инструмента и материала в зоне резания.

• Механические свойства обрабатываемого материала.

42. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей

(http://yurik-ermakoff.narod.ru/1_osnovi_tehnologii_mashinostroeniya/114/)

Вследствие шероховатости и волнистости сопрягаемых поверхностей фактическая площадь контакта значительно меньше номинальной, что ведет к увеличению удельных давлений, нарушению масляной пленки, разрушению и деформированию выступающих неровностей, поэтому грубые поверхности имеют низкую износостойкость. Наличие микронеровностей вызывает концентрацию напряжений во впадинах гребешков, что приводит к появлению трещин и снижает прочность деталей (особенно работающих при знакопеременных нагрузках).

Шероховатость сопрягаемых поверхностей определяет контактную жесткость сопряжения. При увеличении шероховатости поверхностей контактная жесткость снижается. Так, изменение высоты микронеровностей направляющих металлорежущих станков с 5.. 7 до 10... 12 мкм снижает контактную жесткость в 3 раза.

Шероховатости после обработки оказывают значительное влияние на коррозионную стойкость деталей в атмосферных условиях. Очаги коррозии образуются в первую очередь во впадинах. Чем чище обработана поверхность, тем выше ее коррозионная стойкость. Правда, при работе деталей в агрессивных средах шероховатость поверхности незначительно влияет на коррозионную стойкость.

Микронеровности (шероховатости) оказывают также большое влияние на стабильность подвижных и неподвижных посадок. В результате износа трущихся поверхностей возможно изменение посадок (увеличение зазора). Это может произойти не только в течение длительной эксплуатации, но и в период приработки, когда происходят особенно интенсивный износ и деформирование микронеровностей (до 65...70 % их высоты). Надежность неподвижных посадок выше при более низкой шероховатости сопрягаемых поверхностей

Кроме того, шероховатость поверхности оказывает влияние на условия смазки, герметичность сальников и другие характеристики поверхностей и сопряжений.

Следует, однако, иметь в виду, что чрезмерные требования к шероховатости поверхностей приводят к усложнению и удорожанию технологии изготовления деталей и во многих случаях являются бесполезными с точки зрения улучшения эксплуатационных свойств детали. Так, для деталей подвижных соединений в зависимости от условий работы имеются свои оптимальные значения шероховатости поверхности. При более грубой поверхности деталей происходит их усиленный износ, а при более чистой поверхности шероховатость послеле короткого периода работы снижается до оптимальной.

43. Абразивные и алмазные материалы и инструменты

(http://www.sbras.nsc.ru/dvlp/rus/pdf/172.pdf)

(http://almaztrade.ucoz.ru/index/0-2)

Разработанные материалы и инструменты могут быть использованы на операциях

обдирочного шлифования, полирования и окончательной доводки при изготовлении изделий из драгоценных и полудрагоценных камней, драгоценных металлов, стали и сплавов, керамики в ювелирной и гранильной промышленностях.

 Абразивный инструмент в отличие от металлического лезвийного не имеет сплошной режущей кромки, а состоит из огромного числа разобщенных режущих элементов (абразивных зерен), скрепленных между собой связкой. Поэтому работоспособность абразивного инструмента характеризуется не только материалом и размером режущего абразивного зерна, но также составом и количеством связки, структурой (расположением абразивных зерен и пор в инструменте). Абразивные материалы превосходят инструментальные стали по твердости, поэтому они обеспечивают возможность обработки металлов с высокими скоростями резания.      Абразивная способность и износостойкость абразивного материала зависят от его твердости, теплостойкости, хрупкости и дробимости зерна, а также от степени химического взаимодействия с обрабатываемым материалом. 

Из всех алмазов, применяемых сейчас в промышленности, 70% используется в качестве алмазного порошка для изготовления кругов, брусков, надфилей и других инструментов.

Алмазные порошки представляют собой дробленые осколки или монокристаллы правильной кристаллической формы определенных размеров. За размер принимается половина суммы длины и ширины проекции зерна на предметное стекло микроскопа.

Алмазные порошки выпускаются по ГОСТ 9206-59 в виде шлифзерна, шлифпорошков и микропорошков.

На основе микропорошков АМ40-АМ1 изготовляют алмазные пасты. При доводке и полировании алмазные пасты обладают нескольно большей производительностью.

В зависимости от обрабатываемого материала, требований шероховатости и условий процесса применяются пасты различной зернистости и концентрации алмаза.

Алмазные инструменты в машиностроительной промышленности можно разделить на две основные группы:  1) инструменты из порошков алмаза;  2) инструменты из кристаллов технических алмазов.  К первой группе инструментов относятся круги шлифовальные на металлической и органической связках, круги отрезные, хонинговальные бруски, надфили, пасты и порошки алмазные.  Ко второй группе относятся резцы, волоки, карандаши, иглы и ролики для правки абразивных кругов, а также стеклорезы.  Инструменты второй группы изготовляются из кристаллов алмаза путем шлифования и доводки (огранки).  Для отдельных типов правящего инструмента и стеклорезов используются неграненые алмазы.  Сырьем для инструментов из кристаллов алмаза служат технические алмазы, причем более высокого качества по сравнению с алмазным бортом, предназначенным для дробления в порошки. 

44. Основные характеристики абразивного инструмента

Абразивные инструменты состоят из абразивных зерен, соединенных связкой. Свойства абразивных инструментов, помимо абразивного материала и его зернистости, зависят от связки, твердости и структуры.

Связка. Для изготовления абразивных инструментов применяют две группы связок: неорганические (керамическая, магнезиальная и силикатная) и органические (бакелитовая, глифталевая и вулканитовая).

Керамическая связка К — многокомпонентная смесь, составленная из измельченных материалов: огнеупорной глины, полевого шпата, борного стекла, талька и др. В целях повышения пластичности в абразивно-керамическую массу добавляют клеющие вещества: растворимое стекло, декстрин и др. Керамическая связка обладает высокой огнеупорностью, водоупорностью, химической стойкостью и относительно высокой прочностью. В зависимости от поведения в процессе термической обработки различают плавящиеся (стекловидные) и спекающиеся (фарфоровидные) керамические связки. Абразивный инструмент из электрокорунда изготовляют на плавящейся связке, а из карбида кремния — на спекающихся связках. Плавящиеся связки обеспечивают большую прочность абразивного инструмента. Недостатками керамической связки являются ее хрупкость и пониженный предел прочности при изгибе.

Магнезиальная связка состоит из каустического магнезита и хлористого магния, которые при смешивании образуют твердеющую на воздухе массу. При работе кругов на такой связке происходит небольшое выделение тепла. К недостаткам инструментов на этой связке относятся гигроскопичность, повышенный износ, нестойкий профиль. Круги на магнезиальной связке имеют ограниченное применение.

Силикатная связка. Основным связующим веществом является растворимое стекло (силикат натрия), которое при смешивании с окисью цинка, мелом, пластической глиной и другими составляющими позволяет получить инструменты, пригодные для шлифования тонких длинных пластин. При работе кругов на силикатной связке снижается выделение теплоты. Недостаток таких кругов — низкая прочность удержания зерен связкой. Круги на силикатной связке имеют ограниченное применение.

Из органических связок наибольшее распространение получила бакелитовая. Абразивный инструмент, изготовленный на бакелитовой связке, обладает высокой прочностью и обеспечивает возможность работы при высоких скоростях резания. Бакелитовая связка обладает малой теплостойкостью и недостаточно устойчива к действию охлаждающих жидкостей, содержащих щелочные растворы (особенно содержащих свыше 1,5 % щелочи), в результате чего постепенно снижается твердость абразивного инструмента.

Глифталевая связка. Круги на такой связке отличаются повышенной упругостью и применяются на отделочных операциях. Глифталь представляет собой синтетическую смолу из глицерина и фталевого ангидрида. При работе инструментом на глифталевой связке снижается шероховатость обрабатываемой поверхности.

Для изготовления алмазного инструмента применяют органические (в основном бакелитовые) и металлические (в основном бронзовые) связки. Реже применяют керамическую и никелевую (гальваническую) связки. При работе кругами на этой связке снижается высота микронеровностей, необходима меньшая сила резания, меньше выделяется теплоты, но стойкость их ниже по сравнению с кругами на металлических связках.

Вулканитовая связка обладает повышенной эластичностью, поэтому круги, изготовленные на ней, применимы не только для предварительного шлифования, но и для полирования. В таком абразивном инструменте при увеличении давления на обрабатываемую деталь зерна углубляются в связку и режут с меньшей глубиной, вследствие чего обрабатываемая поверхность детали получается менее шероховатой. При работе инструментом на вулканитовой связке происходит повышенный нагрев обрабатываемой детали. На вулканитовой связке можно изготовить очень тонкие круги (десятые доли миллиметра) при относительно больших диаметрах (150...200 мм).

Структуру абразивного инструмента характеризует содержание абразивного материала (%) в единице его объема. Абразивные инструменты имеют номера структуры от 1 до 12. Чем выше номер структуры, тем больше связки и меньше абразива в единице объема инструмента. Структуры 1...4 называют закрытыми (плотными), 5...8 — средними, 9...12 — открытыми.

Помимо кругов с заранее заданной структурой, на керамической связке изготовляют высокопористые круги (размер пор 2...3 мм). Поры в таких кругах создаются наполнителями, выгорающими в процессе термической обработки (уголь, пластмассы, древесная мука). Высокопористый круг хорошо охлаждается поступающим в процессе работы воздухом, при этом лучше удаляется стружка.

Твердость абразивного инструмента характеризуется прочностью связи абразивных зерен между собой, поэтому из зерен самого твердого абразивного материала можно изготовить мягкие абразивные инструменты и наоборот. В мягких абразивных инструментах (в отличие от твердых) абразивные зерна легко выкрашиваются. Абразивные инструменты требуемой твердости получают при соответствующей технологии их изготовления, устанавливающей соотношение абразивного зерна и связки, давление при прессовании, температуру и длительность термообработки.

Установлены шкала степеней твердости абразивных инструментов и их условные обозначения:

Весьма мягкие.............................................................ВМ1; ВМ2 Мягкие..........................................................................M1; М2; МЗ Среднемягкие...............................................................СМ1; СМ2 Средние........................................................................C1; С2 Среднетвердые.............................................................СТ1; СТ2; СТЗ Твердые.........................................................................T1; Т2 Весьма твердые............................................................ВТ Чрезвычайно твердые.................................................ЧТ

Цифра справа от буквы показывает твердость в порядке ее возрастания.

Контроль твердости абразивных инструментов производится несколькими методами.